elección de un filtro de carbón activado de cuesco de
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Elección de un filtro de carbón activado de cuesco de palma africana para
agua pretratada (caso Del Llano S.A. Restrepo-Meta)
Autor(es). Julian David Martinez Saray, William Daniel Naranjo Nieto
Abril 2021.
Universidad Antonio Nariño.
Meta
2 Elección de un filtro de carbón activado de cuesco de palma africana para
agua pretratada (caso Del Llano S.A. Restrepo-Meta)
Autor(es). Julian David Martinez Saray, William Daniel Naranjo Nieto
Abril 2021.
Universidad Antonio Nariño
Meta.
Notas del autor
Julian David Martinez Saray, Facultad de Ingeniería Industrial, Universidad
Antonio Nariño, Villavicencio.
William Daniel Naranjo Nieto, Facultad de Ingeniería Industrial,
Universidad Antonio Nariño, Villavicencio.
Para el desarrollo de esta tesis de pregrado para optar por el título en
Ingeniería Industrial se contó con la colaboración de la empresa Del Llano S.A.
que nos brindó información relevante para el cumplimiento de los objetivos
planteados.
3 Nota de Aceptación
Ramiro Hernan Polanco Contreras
________________________________________
Daniela Saldaña Requiniva
________________________________________
Nancy Esperanza Saray Muñoz
________________________________________
4 Dedicatoria
El presente trabajo de investigación es dedicado en especial a Dios por bendecirme con el
estudio. A mi madre, Martha Nieto, por todos los sacrificios realizados para permitirme cumplir
mis metas; agradezco de corazón cada regaño de mi madre, quien siempre logra enfocarme y
sacar lo mejor de mí. A mi tía Liliana Nieto por brindarme herramientas para desempeñar mis
labores. A mi compañera de vida por su amor, apoyo, compañía, y paciencia. A mis compañeros
y maestros por cada enseñanza y por hacer de este tiempo en la Universidad algo valioso que
recordaré por siempre. Gracias a todos por aportar en mi desarrollo personal e intelectual; fijaré
mis metas hasta donde Dios me lo permita.
William Daniel Naranjo Nieto
Dentro de mi recorrido como estudiante universitario, siempre he tenido el acompañamiento de
maravillosos seres que han aportado a mi crecimiento como persona. Primeramente, quiero
dedicar este proyecto de investigación a Dios por permitirme llegar hasta el día de hoy guiando
mis decisiones en pro de un bienestar propio. A mis padres por toda la paciencia y sacrificio que
han tenido para que yo pueda cumplir mis sueños. Mi círculo familiar, mis tres hermanas que
siempre han estado para darme ánimos y enfocándome siempre a dar lo mejor de mí.
Julian David Martinez Saray
5 Agradecimientos
En primera instancia agradecemos a Dios por la facultad y condiciones para superar cada
fase del proceso.
Expresamos nuestra gratitud a nuestro director de trabajo de grado, Ingeniero Ramiro Hernan
Polanco Contreras, y a las demás personas que estuvieron a lo largo de la documentación; todos
brindaron cimientos al desarrollo de nuestro proyecto.
6 Resumen
El presente trabajo de investigación, cuyo objetivo fue la elección un filtro de carbón activado de
cuesco de palma africana para agua pretratada (caso Del Llano S.A. Restrepo-Meta), se realizó
con el fin de complementar el tratamiento de aguas residuales, del refinamiento de aceite de
palma, para darle uso como agua de alimentación de calderas, ya que la empresa Del Llano S.A.
implementa constantemente cambios en sus procesos productivos para ser una empresa
sostenible. Por tal razón este trabajo se enmarca dentro de la investigación exploratoria con
enfoque cualitativo; la metodología se realizó en tres fases que contemplaron actividades que
incorporan el diagnóstico de la situación actual del tratamiento de aguas residuales, con la ayuda
de técnicas de recolección (entrevista) y análisis de la información, revisión bibliográfica y
selección de metodologías de elaboración de carbón activado y filtros a base de este material de
remoción contaminantes, para cumplir con los parámetros (DBO, DQO, SST, SSED, grasas y
aceites y, pH) requeridos.
Palabras Clave: Carbón activado, filtro de carbón activado, tratamiento de aguas
residuales, parámetros fisicoquímicos.
7 Abstract
The present research work, whose objective was the choice of an activated carbon filter of
African palm cuesco for pretreated water (case of Llano S.A. Restrepo-Meta), was carried out in
order to complement the treatment of wastewater, the refinement of palm oil, To use it as boiler
feed water, since Del Llano S.A. constantly implements changes in its productive processes to be
a sustainable company. For this reason this work is part of exploratory research with a qualitative
approach; the methodology was carried out in three phases that included activities incorporating
the diagnosis of the current situation of wastewater treatment, with the help of collection
techniques (interview) and analysis of the information, Bibliographic review and selection of
activated carbon processing methodologies and filters based on this pollutant removal material,
to achieve the required parameters (BOD, COD, SST, SSED, fats and oils and, pH).
Keywords: Activated carbon, activated carbon filter, wastewater treatment,
physicochemical parameters.
8 Tabla de Contenidos
Introducción 13
Planteamiento del Problema 15
Descripción del Problema 15
Formulación del Problema 16
Justificación 17
Objetivos 18
General 18
Específicos 18
Marco Referencial 19
Antecedentes 19
Marco Teórico 24
Marco Conceptual 29
Marco Geográfico 31
Marco Legal 32
Diseño Metodológico 34
Tipo y Enfoques de Investigación 34
Recolección y Análisis de Datos 34
Fases y Actividades Metodológicas 36
Desarrollo del proyecto 38
Describir las condiciones del agua que sale de la PTAR para su posterior uso en las calderas 38
Identificar a partir de referentes bibliográficos las características y propiedades del carbón
activado como material filtrante que cumpla los requisitos del agua a suministrar a la caldera. 45
9 Establecer el tipo de filtro adecuado para contener un lecho de carbón activado como material
filtrante. 47
Conclusiones 50
Recomendaciones 51
Lista de referencias 52
Anexos 59
10 Lista de Tablas
Tabla 1. Marco legal de la investigación ...................................................................................... 33
Tabla 2. Registro de los últimos 12 meses de contaminantes ....................................................... 40
Tabla 3. Referentes bibliográficos de carbón activado de cuesco de palma ................................ 45
Tabla 4. Referentes bibliográficos de tipos de filtro ..................................................................... 47
,
11 Lista de Figuras
Figura 1. Partes del fruto de la palma de aceite ........................................................................... 25
Figura 2. Composición química de los residuos de aceite de palma ............................................ 26
Figura 3. Carbón activo granular ................................................................................................. 29
Figura 4. Ubicación geográfica de la empresa Del Llano S.A. .................................................... 32
Figura 5. Gráfico de líneas de DBO y DQO durante los últimos 12 meses ................................. 41
Figura 6. Gráfico de líneas de DBO y DQO durante los últimos 12 meses ................................. 43
Figura 7. Parámetros requeridos del agua para alimentación en calderas ................................. 44
12 Lista de Anexos
Anexo 1. Formato de entrevista para la empresa ........................................................................ 59
Anexo 2. Parámetros del agua saliente de la PTAR .................................................................... 60
Anexo 3. Evidencia fotográfica de visita a la empresa ................................................................ 61
Anexo 4. Matriz de revisión bibliográfica de carbón activado .................................................... 63
Anexo 5. Matriz de revisión bibliográfica de tipos de filtros para aguas residuales .................. 65
13 Introducción
El presente documento es un trabajo de investigación, que surgió como una propuesta de
proyecto de grado en el año 2020, gracias a una necesidad de una empresa ubicada en el Km 8
vía restrepo de la ciudad de Villavicencio, Del Llano S.A.
El tema de investigación consiste en el estudio de la remoción de contaminantes,
presentes en aguas residuales, mediante carbón activado, con el objeto de conocer la capacidad
de retener contaminantes a partir de diferentes metodologías de activación trabajadas en los
artículos examinados; esto se realizó con el fin de determinar los métodos de elaboración y
tamaño de partícula del carbón activado que permitan cumplir con los parámetros
fisicoquímicos, Demanda Biológica de Oxigeno (DBO), Demanda Química de Oxígeno (DQO),
Sólidos Suspendidos Totales (SST), Sólidos Sedimentables (SSED) y, Aceites y Grasas, que son
requeridos para aprovechar las aguas residuales tratadas, en la Planta de Tratamiento de Aguas
Residuales (PTAR), del refinamiento de aceites de la empresa Del Llano S.A. como agua de
alimentación de calderas, además de proponer el aprovechamiento del cuesco de la palma de
aceite para elaborar este material carbonoso.
Los datos recolectados en esta investigación fueron los valores (mes a mes de los últimos
12 meses) de los parámetros resultantes del proceso de tratamiento de aguas actual y los que son
requeridos para su uso en la caldera. Estos datos fueron analizados mediante gráficos y tablas.
El problema de esta investigación era el desconocimiento de las características necesarias
del carbón activado para ser implementado en un filtro que como complemento del tratamiento
de aguas residuales lograra reducir los valores de los parámetros actuales a los valores queridos
para el uso que quiere darle la empresa. Es por esto que se llevó a cabo el desarrollo de los
objetivos propuestos mediante tres fases que permitieron proponer una solución a este problema;
14 la recolección de datos se realizó en las instalaciones de la empresa a través de una entrevista
estructurada y estos datos fueron organizados en tablas; los valores mes a mes fueron procesados
en gráfica de líneas para analizar el comportamiento de dichos parámetros; finalmente se
consultaron revistas para realizar una revisión bibliográfica, de artículos que abordaran el tema
de investigación sobre carbón activado y filtros de este material, para obtener como resultado
una propuesta de solución al problema.
Como resultado de este trabajo de investigación se concluyó que el agua de la PTAR
actualmente no cumple con los requisitos para ser usada en la caldera, por lo que se analizaron
las metodologías propuestas en las investigaciones de referentes bibliográficos, sintetizadas
mediante matrices, de las que se logró proponer una metodología de activación de carbón
química y física, además de opciones de diseño de filtros sencillos e industrializados.
15 Planteamiento del Problema
Descripción del Problema
Colombia, según la Federación Nacional de Cultivadores de Palma de Aceite
(Fedepalma), se encuentra entre los mayores productores de palma de aceite en todo el mundo y,
cerca de 537.176 hectáreas de todo el país se encuentran destinadas al cultivo de estas plantas
(Fedepalma, 2019). El beneficio otorgado por estas palmas, se origina en su fruto y su semilla,
donde se usa mayormente para la fabricación de aceites utilizados en diferentes industrias.
Las plantas procesadoras de aceite de palma requieren técnicas de almacenamiento y
desecho diario de producción. Este desecho se denomina cuesco, cáscara que recubre la
almendra y fibras, resultante del proceso de prensado del fruto de la empresa; se producen en
cantidades considerables cada día y los cultivadores tratan de aprovecharlos, usándolos como
material base en vías internas de las plantaciones donde se cultiva la palma, aunque posiblemente
se convierte en refugio de roedores y otras plagas. Otros usos que se le dan a este desecho son a
través del proceso denominado pirólisis para la obtención de energía o para la fabricación de
carbón activado.
Durante el proceso de refinamiento se hace uso de abundante agua que termina
contaminada por lodos, gomas, compuestos volátiles condensados, grasas y aceites,
hidrocarburos, compuestos de fósforo y nitrógeno, iones, metales y, tintas. Aunque en la empresa
cuentan en su planta de refinamiento con una PTAR, para recircular este recurso, son necesarias
tecnologías adicionales al tratamiento básico de coagulación-floculación.
16 Formulación del Problema
Los procesos realizados, para la elaboración de Aceite de palma refinado, requieren el
uso constante de agua. Las aguas residuales, resultantes del proceso de refinamiento, son
pretratadas mediante una PTAR, para obtener un agua que cumpla con las condiciones de
sanidad, para ser liberada en reservas de agua, según la Resolución 0631 de 2015, sin embargo,
la coagulación-floculación no es un proceso eficiente. La Ley 9 de 1979 habla sobre la
protección de los ecosistemas, para la inspección sanitaria de los usos del agua, establece en su
artículo 15 que, una vez establecidos los sistemas de purificación de aguas, la empresa informa al
Ministerio de Salud para comprobar la calidad del afluente y, en caso de no alcanzar los límites
prefijados, se deben ejecutar cambios o adiciones necesarias para cumplir con las exigencias
requeridas.
La empresa Del Llano S.A. cumple con los límites prefijados por dicha ley, sin embargo,
desea aprovechar las aguas residuales para recircular en la caldera, por lo que deberá
implementar mejoras en este proceso mediante una tecnología, como complemento, para este fin.
En el proceso de extracción del aceite de palma africana se obtiene como residuo el
cuesco de la semilla, proveniente del desfibrado por separación, el cual puede ser aprovechado
en la obtención de nuevas tecnologías para purificar el agua, como el carbón activado.
En razón de lo expuesto, surge el siguiente interrogante:
¿Qué características debe tener el filtro con carbón activado a partir del cuesco de semilla
de palma de aceite para el agua pretratada de la empresa Del Llano S.A.?
17 Justificación
La empresa Del Llano S.A. cuenta con numerosos clientes a los que comercializa o
maquila sus productos, lo que significa que sus lotes de producción son grandes. Cabe resaltar
que esta empresa tiene como misión producir sin contaminar el ambiente, por lo que ha venido
implementando procesos limpios, eficaces y eficientes en todos los aspectos. Por lo anterior se
quiere proponer una metodología de activación de carbón y elección de un filtro, a partir del
cuesco de la palma de aceite; un producto eficiente según Ambientum, citado por los autores
Azabache y Cachay (2019), quien afirma que a través de una cama de este material se consigue
que los microminerales pasen a través de los poros de menor diámetro, manteniendo en la
superficie interna de los gránulos, los elementos químicos pesados como, grasas y aceites,
hidrocarburos, compuestos de fósforo y nitrógeno, iones, metales y, compuestos que producen
color, lo que permite el aprovechamiento del agua proveniente de la PTAR con el fin de que
pueda ser usada en la caldera para recircularla en el proceso y de esa manera reducir el consumo
de agua, lo que a su vez aportaría al cuidado del medio ambiente.
Los residuos agroindustriales, como el cuesco de la semilla de palma afriacana, son
materiales sólidos o líquidos resultantes del consumo directo de las materias primas o de su
transformación, que ya no son de utilidad para el proceso que los generó, pero cuentan con
propiedades aprovechables en otros procesos, o para dar valor añadido a otros productos. Por
esto se propone el uso del cuesco (obtenido en la extracción del aceite crudo), para añadirle valor
como material filtrante. Los autores Ortiz y Puerto (2019) afirman que estos sistemas de carbón
activado son proyectados como unas de las grandes tendencias, en la purificación de aguas;
además afirman que en Colombia se podrían implementar en el tratamiento de aguas de
procedencia industrial y, a nivel institucional como requisito para la remoción de estas.
18 Objetivos
General
Proponer una metodología para el proceso de elección de un filtro con carbón activado a
partir del cuesco de palma de aceite para el agua pretratada, proveniente de la PTAR, de la
empresa Del Llano S.A.
Específicos
Describir las condiciones del agua que sale de la PTAR para su posterior uso en las
calderas.
Identificar a partir de referentes bibliográficos las características y propiedades del
carbón activado como material filtrante que cumpla los requisitos del agua a suministrar a la
caldera.
Establecer el tipo de filtro adecuado para contener un lecho de carbón activado como
material filtrante.
19 Marco Referencial
Antecedentes
Ortiz y Puerto (2019) en su proyecto tenían como objetivo la evaluación de estudios e
investigaciones sobre retención de compuestos, a partir de carbón activo de guadua, por medio
de tablas y gráficos que permitan una fácil lectura, y generar un reporte a manera de vigilancia
tecnológica, dando una respuesta de la viabilidad que posee este método. Identificaron el uso
potencial de la guadua para preparar carbón activado, y las sustancias químicas que puede
remover de manera eficiente, proponiendo una opción para la purificación de aguas, generando
efectos ambientales positivos. Este proyecto aportó conocimiento para demostrar la efectividad
del carbón activado en el tratamiento de aguas.
Chiclote (2018) en su proyecto tuvo como objetivo la determinación del efecto del CAG
en el refuerzo de la calidad del agua del río Cumbe. Para esto se construyeron 2 filtros de carbón
activo granular; se analizó turbidez, color verdadero, pH, cloro residual, bacterias coliformes
totales y bacterias termotolerantes. Se obtuvieron como resultado parámetros que cumplen en
cuanto a los límites máximos permisibles. Este proyecto aportó conocimiento para demostrar la
efectividad del carbón activado granular para purificar agua.
Infante (2018) determinó en su proyecto el potencial del carbón activo granular para
mejorar la calidad del agua. Obtuvo como resultado que el agua tratada con CAG mejora sus
propiedades, obteniendo un agua purificada óptima para ser consumida por humanos. Este
proyecto aportó conocimiento para demostrar la efectividad del carbón activado granular para
mejorar las propiedades fisicoquímicas y microbiológicas del agua.
Monsalve y Santillán (2018). Contemplaron el diseño de una cámara filtrante, utilizando
carbón activo para la mejora de la calidad del agua. Se diseñó una cámara filtrante piloto para
20 probar los parámetros de diseño de velocidad de filtración y estrato de carbón activado granular
para probar la efectividad del carbón activado como material filtrante, luego de ponerlo en
operación se evaluaron los parámetros fisicoquímicos bacteriológicos para comprobar la
efectividad del carbón activo granular al momento de purificar el agua. se logró diseñar dos
cámaras filtrantes de concreto armado con carbón activo granular como material filtrante,
comprobando que con el diseño de una cámara filtrante se mejora la calidad del agua. Este
proyecto aportó conocimiento para demostrar la efectividad del carbón activo granular para
mejorar las propiedades fisicoquímicas bacteriológicas del agua, además de la propuesta de dos
cámaras filtrantes usando el carbón activo granular como material filtrante.
Troca en su trabajo propuso metodologías para “reciclar materiales poliméricos de
desecho (NFU, goma; PET, plástico; CV, plástico/goma) mediante su utilización como
materiales de partida en la preparación de materiales carbonosos (MCA) para su empleo en la
adsorción de solutos de naturaleza inorgánica y orgánica en disolución acuosa” (2017, p. 79).
Esta investigación propone el uso de residuos agroindustriales como materia prima en
elaboración de materiales carbonosos adsorbentes. Este proyecto aportó una metodología
experimental que permite el uso de desechos industriales como materia prima para elaboración
de materiales carbonosos adsorbentes.
Jiménez et al. (2017) elaboró carbón activado a partir del epicarpio de Arralea
macrolepsis y lo evaluó como adsorbente para la remover iones Pb2+. Para esto se elabora y
caracteriza el carbón activado y se evalúa el mecanismo de adsorción de estos iones sobre el
carbón activo mediante los isotermas de Langmuir, Freundlich y Dubinin-Radushkevich. Se
determinó que el material filtrante elaborado funciona para remover específicamente los iones
Pb2+ en aguas con menos de 2 mg/L de concentración de estos. Este proyecto aportó una
21 metodología para elaborar carbón activado y probar su mecanismo de adsorción de iones de
plomo.
Poblete (2019). Landfill leachate treatment using activated carbon obtained from coffee
waste. Este artículo centra sus objetivos en evaluar el potencial del carbón activado, producido a
partir de los residuos de café en el proceso de adsorción, en la depuración del lixiviado de los
vertederos. Durante el estudio se practicaron diferentes pruebas con diferentes reactivos como el
HCl (Ácido clorhídrico), H3PO4 (Ácido fosfórico) y en combinaciones de cada uno con H2O2
(Peróxido de hidrógeno). Los resultados arrojaron los mejores porcentajes de eliminación con el
H3PO4 logrando eliminar un 51.0% de la demanda química de Oxígeno, un 32.8% de Amoniaco,
un 66.0% de Cloro, un 81.0 de Bromo y un 97.1% de Cobre. Estos resultados permiten
considerar el desperdicio de café como un subproducto con valor agregado ya que a partir de él
se elaboró carbón activado con capacidad de remoción de DQO, amoniaco, cloro, bromo y cobre.
Los principales enfoques de la investigación de Ojeda (2019) son, la adsorción de fenoles
con carbón activo sintetizado mediante procesos físicos, químicos, interacción con gases o
adición de productos químicos. Se utilizó para la etapa de carbonización una mezcla de coco-
bagazo, para la de activación las mezclas seleccionadas en la anterior etapa, y se usaron como
indicadores la cantidad de carbono fijo y el índice de azul de metileno para ambas etapas. Como
resultado del anova del diseño experimental de la primera etapa se encontró que, la temperatura,
tiempo de residencia y su interacción, influyen sobre la cantidad de carbono fijo, mientras que,
en el anova del diseño experimental de la segunda etapa influyen estadísticamente sobre el índice
de azul de metileno. Este artículo aporta la influencia de la temperatura, tiempo de residencia e
interacción sobre el porcentaje de carbono fijo y el índice de azul de metileno que indica la
22 capacidad del carbón activado de adsorber esta molécula que, por su tamaño (0,84 nm), no puede
acceder a todos los microporos.
Torres (2018) centró su investigación en la mejora de las condiciones fisicoquímicas y
microbiológicas de las fuentes superficiales de suministro de agua para consumo humano a
través de una doble filtración de Carbón Activado Granular (CAG). Para realizar el estudio se
usó agua filtrada de la manera convencional. La segunda filtración se realizó en columnas de
flujo constante, con relación de CAG y arena, respectivamente, de 100:0, 80:20, 50:50, 30:70 y
0:100. Mediante este artículo se demostró que la doble filtración con Carbón Activo Granular, es
una opción eficiente para retener materia orgánica y producir agua potable.
Fuentes (2018) en su artículo se enfocó al seguimiento de la reducción de Atrazina de un
agua dopada con dos fuentes de esta planta a través de una doble filtración con dos medios
absorbentes granulares (Carbón Activado Granular, CAG) de origen Vegetal (VAC) y Mineral
(MAC). El agua fue impurificada con 0.44 y 0.86 mg / L de atrazina. Se midió la turbidez
(NTU), y UV254 (cm-1: debido a su uso para la estimación cualitativa de la presencia de
sustancias orgánicas). Las pruebas de clarificación (coagulación - floculación - sedimentación) se
realizaron en dispositivos de prueba de jarras y el agua obtenida del proceso anterior se almacenó
para la segunda etapa de filtración, que duró cuatro horas. Los experimentos se realizaron por
triplicado usando tres unidades experimentales para cada medio adsorbente (MAC y VAC) y la
concentración de atrazina, lo que resultó en un total de 12 unidades experimentales. Se utilizó un
sistema de distribución de flujo y un tanque de carga constante para la dosificación del agua
filtrada convencional. Los procesos de clarificación, además de la filtración convencional
redujeron la turbidez en un 97%, con valores de turbidez inferiores a 0,80 NTU y después de la
23 segunda filtración mostró un efecto favorable en la reducción de UV254 y atrazina, obteniendo
valores dentro de los estándares internacionales y nacionales para el agua potable.
El artículo realizado por Vidal (2018) expone el aprovechamiento de residuos
agroindustriales para la fabricación de carbón activado y las aplicaciones en los que pueda
emplearse. A- Frutos secos: cáscara de nuez y maní; el carbón se elaboró mediante activación
química (solución acuosa con CH3COOH, CaCl2, NaCl, KCl, H3PO4 o H2SO4) y física con
Dióxido de Carbono; se demostró que esta combinación mejora sustancialmente las propiedades
de adsorción de los carbones activados. B- Residuos alimenticios domésticos: Té y arroz; la
activación con sales Cloruro de Magnesio y Cloruro de Calcio producen carbones activados con
mesoporos que permiten la retención moléculas de manera selectiva. C- Residuos de palmas
aceiteras; se realizó activación química al carbón elaborado a partir de cuesco de palma con dos
agentes activantes (cloruro de magnesio y cloruro de calcio) a concentraciones diferentes (3, 5 y
7%) demostrando que la activación con estas sales produce carbón activo con mesoporos para
remoción selectiva.
Ramirez (2017) en su artículo determinó la capacidad de remoción de azul de metileno
para diferentes concentraciones a partir de biomasa residual (cuesco) generada en la producción
de palma de aceite. La biomasa se sometió a pirólisis en una mufla a una temperatura de 550°C
por 30 minutos, elevando la temperatura 20°C/min; se hizo un lavado con 50mL de ácido
clorhídrico al 37% en peso, y a 30°C se mantuvo en constante agitación por 3 horas. El carbón se
lavó con agua destilada hasta alcanzar un pH neutro, y se retiró la humedad en un horno a 105°C
por una hora. Se ejecutaron unas pruebas de absorción que se realizaron en un montaje tipo
Batch a 200 rpm y arrojaron como resultado que pueden ser usados como adsorbentes de Azul de
Metileno.
24 Pereira (2017) sintetizó de carbón activo de cascarilla de arroz mediante activación
química, ya que según su investigación previa logró determinar que este tipo de activación le
generaba más ventajas en comparación con la activación física. Culminada su investigación,
mediante sus demostró implementar este residuo agroindustrial en la obtención de este material
filtrante es eficiente, ya que logró obtener un 81% de rendimiento de adsorción, además de una
diferencia de costo real de fabricación con el mercado actual de un 25%.
Díaz et al. (2017) determinó la efectividad de adsorción de carbón activado elaborado a
partir del cuesco de “Elaeis guineensis” para retener iones de hierro férrico de agua apta para el
consumo humano proveniente de un pozo del distrito Manantay de Perú. En 6 beaker de 50mL se
depositaron 25mL de muestra filtrada y se trabajó un blanco con agua destilada; a los siete
beaker se añadió 1 mL de [HCl] y 0,5 mL de NH2OH•HCl, agitándolos hasta obtener una mezcla
homogénea; posteriormente se calentó para evaporar hasta un volumen entre 15-20mL y se dejó
enfriar hasta una temperatura ambiente. Posteriormente se añadió agua destilada a cada muestra
hasta un aforo de 25mL y se adicionaron 5mL de solución amortiguadora para hierro. Como
resultado se logró disminuir la cantidad de hierro, pasando de 0,52 mg/L a cero con carbón
activo de cuesco de palma de aceite “Elaeis guineensis” al 60% y a 0,02mg/L al 30%, lo cual se
adecúa a los 0,3 mg/L establecidos como valor máximo permitido en el reglamento de calidad
para agua potable D.S. N° 031-2010-SA.
Marco Teórico
Uno de los subproductos de la extracción del aceite de palma es el cuesco. Según el autor
Van Dam (2016) en Colombia hay entre doscientas y trescientas mil toneladas de cuesco
disponibles para ser aprovechadas, y afirma que este residuo es un material lignocelulósico
25 resistente y poco poroso que rodea la almendra del fruto de la palma aceitera; además que
actualmente se somete a pirólisis para ser usado como combustible (en forma de vapor) en
intercambiadores de calor, pero que además es usado en tecnologías de “biorrefinamiento” y
“conversión termoquímica”, para generar valor, como el carbón activado. En la figura 1 se
observan las partes que constituyen el fruto de la palma de aceite (Elaeis guineensis), dentro de
estas el cuesco.
Figura 1. Partes del fruto de la palma de aceite
Partes del fruto de la palma de aceite.
Nota: Elaborado por Gómez et al. (2010).
Uno de los componentes más importantes para la formación de carbón es la lignina. En
un compilado de múltiples investigaciones el autor Van Dam (2016) logró determinar que, de los
subproductos de la palma de aceite, el cuesco es el que tiene mayor contenido en lignina. En la
figura 2 se presenta la composición química de los residuos de aceite de palma; Racimos de
Fruto Vacíos (RFV), Fibra, Cuesco y, Torta de Palmiste (TP), con contenido (%) de lignina de
22,1, 25,7, 50,7 y nulo, respectivamente, lo que indica que el cuesco es el residuo que más posee
esta molécula.
26 Figura 2. Composición química de los residuos de aceite de palma
Composición química de los residuos de aceite de palma.
Nota: Adaptada por Van Dam (2016)
El tratamiento de aguas residuales según Salamanca (2016) es la forma más antigua que
el hombre ha desarrollado para remover los residuos y mejorar sus propiedades organolépticas
(textura, color, olor y sabor); anteriormente el agua era tratada con métodos simples como
hervor, exposición solar, sedimentación o filtración con grava o arena para su purificación.
Actualmente, los tratamientos de agua son complementados además de los procesos físicos
convencionales con procesos biológicos o químicos.
Uno de los procesos físicos para el tratamiento de aguas residuales es la adsorción,
descrito por el autor Vilarrasa (2014):
El proceso de adsorción involucra la separación de una sustancia en una fase fluida y su
acumulación en la superficie del adsorbente sólido. Se trata por tanto de un fenómeno
interfacial entre un fluido y un sólido. Los sólidos adsorbentes necesitan áreas
superficiales muy elevadas y una estructura porosa para que las moléculas de adsorbato
27 puedan acceder a los sitios activos. Atendiendo a las fuerzas de interacción entre las
moléculas de adsorbente y adsorbato, se distinguen dos tipos fundamentales de adsorción.
En la adsorción física o fisisorción, los enlaces entre moléculas de adsorbato y la
superficie del adsorbente son débiles (fuerzas de Van der Waals o puentes de hidrógeno);
en cambio, cuando tiene lugar la formación de un enlace químico estamos ante el
fenómeno de adsorción química o quimisorción. Ambos procesos son exotérmicos. (pp.
52-53)
Soto (citado por García y Granillo, 2017) define el carbón activo como material poroso,
amorfo y que por su activación cambia sus propiedades, adquiriendo alta porosidad y gran área
superficial interna, lo que le permite retener de manera selectiva moléculas del fluido que entra
en contacto con el carbón; esta propiedad es denominada “adsorción”, donde el sólido que
retiene se llama “adsorbente” y la molécula retenida, “adsorbato”.
Lesme (citado por Prías et al.,2015) dijo que la carbonización de un material precursor se
realiza por descomposición térmica en atmósferas controladas y con un sistema automatizado de
pirólisis de lo que se obtiene gases, líquidos y carbón como productos de la carbonización en
cantidades relativas que dependen de la propiedad del material precursor y de los parámetros de
operación del equipo de calentamiento. Por su parte los autores Prías et al. (2015) para la síntesis
del carbón inicialmente realizaron una disminución del tamaño homogénea, luego llevaron la
muestra a un reactor para realizar un proceso de pirólisis en una mufla con temperaturas de hasta
900 grados celsius en una atmósfera inerte (libre de O2) con dinitrógeno (N2); el carbón se
obtuvo por temperatura de carbonización en un tiempo de residencia determinado, y después se
realizó una molienda para obtener tamaños de partícula en micrómetros pasando por tamices
28 para obtener un tamaño homogéneo, finalmente se impregna el material obtenido con agentes de
activación y se somete a temperaturas de impregnación para activar el carbón.
Según el autor Ojeda (2015), para preparar el carbón activo se emplean dos métodos; la
“activación química” o la “activación física”; se parte de materiales carbonados muy diversos de
origen vegetal o mineral; para materiales carbonosos minerales, la “activación física o térmica”
se realiza con una etapa inicial de descomposición a temperaturas entre los 800 y los 1000 grados
Celsius en un ambiente libre de aire y una segunda etapa de activación para incrementar la
“porosidad” con un gas oxidante (en este caso “vapor de agua”) a temperaturas entre los 800 a
950 grados Celsius; y en el caso de materiales carbonosos de origen vegetal, en la activación
química se realiza un pretratamiento con reactivos químicos (solución de ZnCl2 o H3PO4), luego
carbonizando a 500 grados Celsius y, finalmente se realiza un lavado para remover los agentes
activantes; las partículas de carbón activo tienen una elevada capacidad de absorber sustancias,
en especial de carácter orgánico por sus características (granulometría, porosidad, activación), la
concentración, naturaleza y tamaño de las moléculas que se van a retener, y el tiempo de
retención hidráulica, entre otras propiedades del agua que también influyen en la capacidad y
selectividad de la adsorción; también afirma que a menor solubilidad de las “sustancias
orgánicas” en el agua, mayor es la probabilidad de adsorción; entre los “compuestos orgánicos”
que puede retener el carbón activo se encuentran hidrocarburos aromáticos, sustancias húmicas,
fenoles y derivados, pesticidas, colorantes, etc; también, algunas “especies inorgánicas” pueden
ser retenidas por este material, entre ellas el cloro (Cl), cianuros (CN-), ácido hipocloroso
(HClO), amoniaco (NH3), entre otros; al disminuir la temperatura la capacidad de retención
aumenta.
29 Según Orozco et. al. (2004), el carbón activo se clasifica según el tamaño de partícula, en
forma granular (GAC), como se observa en la figura 3, con granulometría entre 0,5 a 3 mm de
diámetro, y en polvo, con partículas de 0,10 a 0,15 mm de diámetro.
Figura 3. Carbón activo granular
Carbón activo granular
Nota: Elaborado por Menéndez, J. (2012).
Marco Conceptual
Adsorción: Hace referencia a la facultad de acercar y atrapar moléculas. A esta actividad
de atraer se le conoce como “adsorción”, al sólido que tiene esa facultad se le llama “adsorbente”
y a la molécula retenida, “adsorbato”. (Global Water Technologies Group [GWT]. Citado por
Prías et al., 2011).
Carbón activo: Se le denomina así a un conjunto de material preparado mediante
activación física o química que le confieren un “área superficial interna” y una “porosidad” muy
elevada, permitiendo que este tenga alto potencial “adsorbente”. (Almansa, 2004).
Carbonización: Es un tratamiento térmico en ausencia de aire eliminando especies no
carbonosas y convirtiendo el precursor en una masa de carbón. (Almansa, 2004).
Carga contaminante: La medición y análisis de la carga contaminante se realiza por
medio de la DQO y DBO total, y se refiere a los miligramos de oxígeno necesarios para la
30 degradación química y biológica, respectivamente, de la materia orgánica disuelta en aguas
residuales. (Cano, 2015)
Coagulación-floculación: La “coagulación” se encarga de hacer neutras las cargas y
desarrollar un aglomerado gelatinoso, que retiene sólidos/partículas, de gran tamaño parar poder
ser filtrado o sedimentado y, la “floculación” consiste en agitar esos sólidos/partículas,
permitiendo que se aglutinen, lo que forma aglomerados más grandes que se pueden sedimentar
o filtrar con más sencillez para remover la “materia orgánica sedimentable y en suspensión”.
(Cano, 2015)
Cuesco: También es conocido como “endocarpio”. Hace referencia a un material rígido
que cubre la almendra del fruto de la palma africana y hace parte de uno de los residuos del
proceso de extracción del aceite. Es aproximadamente entre el “5 al 7% del peso total del fruto”.
Es bastante duro y compacto. (Gómez et al., 2020).
Elaeis guineensis: Es el nombre botánico de la palma de aceite que se origina de los
bosques tropicales de África Occidental y Central. Se deriva del griego “elaion” (aceite); el
nombre “guineensis” se refiere a su origen de la “costa ecuatorial de Guinea”. (Gómez et al.,
2020).
Granulometría: Es una de las peraciones unitarias que se encargan de reducir el tamaño
de los gránulos de un material sólido hasta un tamaño de partícula deseado. Se da en el momento
en que la “energía de fragmentación” sobrepasa la “energía de cohesión interna” de las estos
gránulos. Se puede realizar en base seca y húmeda. (Wills y Napier-Munm. Citadas por Torres,
2017).
Lignina: La palabra lignina es originaria del latín “lignum”, que hace referencia a la
“madera”. Es uno de los principales componentes de los “tejidos de las plantas” con floración, y
31 también en aquellas que no tienen “flores” en “tejidos vasculares” de vegetales. (Rodriguez et
al., 2007).
Pirólisis: El pirólisis es la degradación térmica de la biomasa. (Gómez et al., 2020).
Marco Geográfico
La zona donde se desarrollará la investigación, está ubicada en el kilómetro 65 Vía
Restrepo, a 170 metros del peaje puente amarillo. Colinda al noroeste con la Vía Restrepo, lo que
permite el acceso directo a una de las vías principales que comunica a la Capital del
Departamento del Meta.
Esta posición junto a una vía principal es estratégica ya que, permite estar en un punto
medio entre sus proveedores (de aceite crudo) y clientes; por esta razón, esta ubicación permite a
la empresa Del Llano S.A. distribuir sus productos a sus consumidores y, al mismo tiempo poder
hacer seguimiento para tener trazabilidad de sus productos.
Cabe resaltar la posición geográfica en que se encuentra situada la empresa, debido a que
a sus alrededores no hay comunidades establecidas que puedan verse afectadas por impactos
ambientales (generación de ruido, olores ofensivos, emisiones de calor y material particulado).
Por otra parte, en las instalaciones de la empresa están establecidas, la Planta de
Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) y, la Caldera, resaltadas en la figura 4, que son los
lugares objeto de estudio.
32 Figura 4. Ubicación geográfica de la empresa Del Llano S.A.
Ubicación geográfica de la empresa Del Llano S.A.
Nota: Extraída de Google Maps.
Marco Legal
En este apartado se resaltaron los referentes legales significativos para esta investigación,
presentados en la tabla 1.
33 Tabla 1. Marco legal de la investigación
Marco legal de la investigación
Tipo, número
y fecha
Nombre y entidad
que la expide Artículo Impacto del Proyecto
“Constitución
Política de
Colombia de
1991”
Asamblea
Constituyente de
Colombia de 1991
Art. 80 Este artículo expone cómo el estado regula las
actividades de explotación ambiental, el
cuidado para garantizar su desarrollo sostenible,
conservación, restauración o sustitución.
Ley 99 del 22
de noviembre
de 1993
Congreso de la
Republica de
Colombia
Art. 31
numeral
12
El articulo explica las funciones de las
corporaciones regionales, para nuestro caso
CORMACARENA y específicamente en el
apartado 12 muestra, las obligaciones que tiene
dicha corporación en funciones de evaluación,
control y seguimiento ambiental del uso del
agua.
Ley 23 de
1973
Congreso de la
Republica
de Colombia
Art. 3, 4
y 5
Estos artículos explican como el aire, agua y
suelo son bienes contaminantes y su forma de
alteración y degradación de recursos
ambientales y naturales.
Ley 373 de
1997
Congreso de la
Republica
de Colombia
Art. 5 El siguiente artículo según el “Ministerio del
Medio Ambiente” y el “Ministerio de
Desarrollo Económico” reglamenta en un plazo
máximo de “seis (6) meses”, los casos y tipos
de “proyectos” en los que se deberá “reutilizar
el agua”.
Nota: Elaborado a partir de datos proporcionados por leyes constitucionales.
34 Diseño Metodológico
Tipo y Enfoques de Investigación
Los autores Strauss y Corbin (2016) afirman que en el “método cualitativo algunos de los
datos pueden cuantificarse”, por ejemplo, con “censos” o “información sobre los antecedentes”
de los objetos estudiados o personas, pero, el fin del análisis es “interpretativo”; algunas personas
que ahondan en estos temas reúnen datos por medio de “entrevistas” y “observaciones”, técnicas
relacionadas con los “métodos cualitativos”; sin embargo, los “codifican” a modo de que sea
posible realizar un “análisis estadístico”; lo que hacen es “cuantificar los datos cualitativos”; al
hablar sobre el “análisis cualitativo”, se hace referencia no a cuantificar los datos cualitativos,
sino al “proceso no matemático de interpretación”, que se hace con el fin de de “descubrir
conceptos y relaciones en los datos brutos” y luego ordenarlos en una matriz o diagrama teórico
muy explícito; los “datos” pueden hacer referencia a “entrevistas y observaciones”, pero también
a “documentos, películas o cintas de video”, y además, “datos que se hayan cuantificado con
otros propósitos” tales como los del “censo”.
Esta investigación es de tipo cualitativo ya que se recolectó información para seleccionar
estudios con resultados acordes a las necesidades de la empresa. La técnica de recolección de
datos usada fue la entrevista. Los datos recogidos fueron cuantificados por parte de la empresa,
con el fin de tener información que permitiera realizar un estudio.
Recolección y Análisis de Datos
El desarrollo de esta investigación se basó inicialmente en la recolección de información
por medio de entrevista semi estructurada, ver anexo 1, al gerente en las instalaciones de la
35 empresa, donde se observó y verificó el proceso de tratamiento de aguas. En las siguientes
etapas (2 y 3) se realizó una exploración de información de autores, mencionados más adelante,
que han trabajado en, la obtención y activación de carbón a partir de subproductos y, han
estudiado sobre tipos de filtros; todo esto apoyado bajo el criterio e investigación de diferentes
autores en el contexto nacional y mundial, por lo que es una investigación de tipo exploratorio.
Así mismo, se consultó información digital académica, redes investigativas, revistas científicas,
libros y tesis de grado profesional, que permitieron obtener información confiable, verídica y
relevante para la revisión bibliográfica.
Para la recopilación, análisis, organización, síntesis y resultados se llevaron a cabo
estrategias para la comparación de información con el apoyo de herramientas que a su vez
permitieron confrontar los resultados de los autores. Las etapas fueron las siguientes:
● Búsqueda bibliográfica en revistas clasificadas por Minciencias, y en bases de datos
como Google Académico, Dialnet y SciELO.
● Criterios de selección (fechas de publicación, análisis de fiabilidad y validez de los
artículos por medio de la clasificación de revistas científicas de Publindex).
● Extracción de datos relevantes específicos (capacidad de adsorción de carbón activado
de cuesco de palma, y tipos de filtro) de los resultados de diferentes autores.
● Organización y estructuración de los datos por medio de matrices de revisión
sistemática y gráfico de líneas.
● Argumentación crítica de los resultados (análisis de resultados).
● Elaboración de conclusiones basadas en los datos y artículos analizados.
36 Fases y Actividades Metodológicas
Durante el desarrollo de este proyecto de investigación se contemplaron tres fases para
cumplir con los objetivos planteados.
En la fase 1 el objetivo consistía en describir las condiciones del agua que sale de la
PTAR para su posterior uso en las calderas. Para esto se realizó una entrevista semi estructurada,
al gerente de la empresa, en la que se solicitaron datos sobre los contaminantes presentes en el
agua saliente de la PTAR (ver anexo 2), donde se encuentra información de los últimos 12 meses
de la “demanda bioquímica de oxígeno (DBO), demanda química de oxígeno (DQO), sólidos
suspendidos totales (SST), sólidos sedimentables (SSED) y, aceites y grasas”, con el fin de
conocer las condiciones actuales y analizar por medio de revisión bibliográfica qué tipo de filtro
de carbón activado puede llegar a mejorar estas condiciones. Esta información se procesó por
medio de gráficas de líneas, para sistematizar los datos recolectados. Finalmente se analizaron y
presentaron los resultados obtenidos, por medio de un párrafo descriptivo. Adicionalmente, se
realizó la revisión de los requerimientos técnicos del agua, para su uso en la caldera, con el fin de
conocer las condiciones del agua que requiere la empresa, y por la cual se realizó esta
investigación.
Por su parte, para el desarrollo de las fases 2 (identificar a partir de referentes
bibliográficos las características y propiedades del carbón activado como material filtrante que
cumpla los requisitos del agua a suministrar a la caldera) y 3 (establecer el tipo de filtro
adecuado para contener un lecho de carbón activado como material filtrante) se buscaron
referentes investigativos de revistas indexadas de categoría A1 (Q1 de JCR-SJR), A2 (Q2 de
JCR-SJR), B (Q1 de H5) y C (Q2 de H5) que permitieron conocer los tipos de contaminantes,
que pueden ser retenidos por carbón activado según su metodología de elaboración, y los tipos de
37 filtro de carbón activado que pueden ser implementados en la PTAR. Estas investigaciones se
sintetizaron en matrices de revisión bibliográfica, que permitieron organizar la información
existente y, además, seleccionar los datos relevantes de las diferentes investigaciones y
presentarlos en tablas para realizar un análisis por medio de un párrafo descriptivo.
38 Desarrollo del proyecto
Describir las condiciones del agua que sale de la PTAR para su posterior uso en las
calderas
Para el desarrollo del primer objetivo fue necesaria la recolección de datos (por medio de
entrevista, ver anexo 1) con el fin de conocer la situación actual del proceso de tratamiento de
aguas residuales de la empresa Del Llano S.A., en cuanto a las condiciones del agua (DBO,
DQO, Sólidos Suspendidos Totales, Sólidos Sedimentables y, aceites y grasas); además de esto
se solicitó a la empresa información sobre las condiciones (figura 7), mencionadas
anteriormente, que debe cumplir el agua para ser usada en las calderas. Una vez conseguidos los
datos (presentados en la tabla 2), se procedió a presentarlos en gráficos de líneas (figura 5 y 6)
para comprender las condiciones del agua saliente de la PTAR y así, avanzar en la investigación
de la búsqueda de referentes bibliográficos acordes a las necesidades de la empresa.
Condiciones del agua que sale de la PTAR
Por medio de una entrevista se solicitó un registro de los últimos 12 meses de los
parámetros (DBO, DQO, Sólidos Suspendidos Totales, Sólidos Sedimentables y, aceites y
grasas) del agua saliente de la PTAR, a la empresa Del Llano S.A., para poder visualizar
gráficamente el comportamiento de dichas variables en ese periodo de tiempo.
Análisis de la entrevista. Mediante la entrevista semi estructura realizada al gerente se
recolecto la siguiente información:
39 La PTAR de la empresa solo realiza el tratamiento de las aguas residuales del proceso de
refinamiento de aceite de palma, específicamente provenientes del equipo principal, ya que, para
producir “Aceite Vegetal Del Llano”, es necesario “someter el aceite de palma crudo a un
proceso de refinación física basado en altas temperaturas y alto vacío” (que son proporcionados
por agua en forma de vapor, que finalmente es condensado y enviado a la PTAR).
La empresa proporcionó documentación de los parámetros de las aguas salientes de la
PTAR, de los últimos 12 meses; ver anexo 2.
El tratamiento de aguas es realizado con coagulantes, floculantes, oxidante y soda
caustica para ajustar el pH; se realiza diariamente y el ciclo tiene una duración de 4 horas; la
salida de agua de la PTAR es una tubería de 1 pulgada de diámetro con una capacidad de
tratamiento de 0,25 L/seg.
Actualmente el agua no cumple con los parámetros para ser usada en la caldera; para
conocer estos parámetros la empresa proporcionó los requerimientos del agua de uso en la
caldera, figura 7. Están regidos bajo la norma 0631 del 2015 que contiene los “parámetros
fisicoquímicos que se deben monitorear y, sus valores límites máximos permisibles en los
vertimientos puntuales de Aguas Residuales No Domésticas (ARnD) de las actividades de
elaboración de productos alimenticios”.
Recolección de datos. Los datos de los parámetros del agua saliente de la PTAR, de los
últimos 12 meses, solicitados en la entrevista, se encuentran en el anexo 2. Se presentaron de
forma ordenada en la tabla 2; en esta tabla se encuentra sintetizada la información de dicho
anexo, sin embargo, para comprender su comportamiento, es necesario visualizarlos
gráficamente.
Durante los últimos 12 meses, la empresa ha variado la cantidad de coagulantes y floculantes, para disminuir los valores de los
parámetros, con el fin de mejorar el tratamiento de aguas residuales.
Tabla 2. Registro de los últimos 12 meses de contaminantes presentes en las aguas residuales de la PTAR
Registro de los últimos 12 meses de contaminantes presentes en las aguas residuales de la PTAR
Parámetro Unidad Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar
DQO mg/L O2 1.995,3 1.775,1 2.015,7 1.715,0 1.727,2 1.712,1 1.718,3 1.720,8 1.717,4 1.714,0 1.726,1 1.712,5
DBO5 mg/L O2 1.328,6 1.479,5 1.239,3 995,6 979,2 987,0 977,2 984,4 986,5 987,9 976,7 984,2
SST mg/L 542,1 720,2 320,1 159,9 152,7 171,5 148,6 164,2 167,3 163,9 144,5 154,3
SSED mg/L 5,2 8,6 3,4 2,3 1,9 2,1 2,0 2,3 2,4 2,0 1,8 2,2
Grasas y
Aceites
mg/L 40,0 47,2 35,3 31,7 30,0 32,4 30,2 33,5 30,1 32,8 30,0 31,9
Nota: Los parámetros de “Demanda Química (DQO), Demanda Bioquímica (DBO5), Sólidos Suspendidos Totales (SST), Sólidos Sedimentables (SSED), Grasas
y Aceites” permiten conocer los contaminantes presentes en las aguas residuales tratadas; es un registro mes a mes de los últimos 12 meses. Elaborado a partir de
datos proporcionados por la empresa Del Llano S.A.
Se realizaron 2 gráficos (figura 5 y 6) debido a la diferencia de unidades; los valores de
DBO y DQO se encontraban en, mg miligramos de oxígeno necesarios para la degradación de la
materia orgánica por litro, y los demás parámetros en mg de de SST, SSED y, grasas y aceites
contenidos por cada litro.
Figura 5. Gráfico de líneas de DBO y DQO durante los últimos 12 meses
Gráfico de líneas de DBO y DQO durante los últimos 12 meses
Nota: Elaborado a partir de datos proporcionados por la empresa Del Llano S.A.
Del Llano S.A. está en constante mejora de sus procesos. Han evaluado su tratamiento de
aguas residuales realizando variaciones de coagulantes y floculantes para disminuir la carga de
contaminantes. En la figura 5 se observó que a partir del mes de Julio la empresa logró disminuir
y estabilizar su tratamiento de aguas. La DBO y DQO, permiten demostrar la eficiencia del
950,01.000,01.050,01.100,01.150,01.200,01.250,01.300,01.350,01.400,01.450,01.500,01.550,01.600,01.650,01.700,01.750,01.800,01.850,01.900,01.950,02.000,02.050,02.100,0
Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar
Dda Química (DQO) mg/L O2 Dda Bioquímica (DBO5) mg/L O2
42 proceso de coagulación-floculación. Al realizar el tratamiento con coagulantes-floculantes se
aglomeran los sólidos y son retirados, por lo que el valor de la DBO no es alto, ya que se
necesitó como máximo de 1479,5 mg de O2 (tabla 2) para la degradación biológica de la carga
contaminante presente por cada litro de agua, es decir que no había grandes cantidades de estas
por ser biodegradadas, gracias a la eficiencia del pretratamiento. En el caso de la DQO, de igual
manera se evidencia eficiencia del pretratamiento por las mismas razones, necesitando como
máximo de 2015,7 mg de O2 para la degradación química de la carga presente por cada litro,
siendo este el pico más alto, presentado en el mes de junio y, en el caso de la DBO en el mes de
mayo. Sin embargo, en la figura 5 se evidenciaron picos hasta el mes de julio, donde lograron
estabilizar los valores. En general, en el transcurso de abril a junio se observaron picos de ambas
variables, indicando variación en coagulantes y floculantes; tomando los valores de abril como
punto de partida, fue posible analizar que en el mes de mayo la proporción de agentes químicos
fue mayor que en junio ya que la DQO pasó de 1775,1 a 2015,7 mg de O2 por litro, y, en este
mismo tiempo, por el contrario, la DBO disminuyó, pasando de 1479,5 a 1239,3 mg de O2 por
litro, indicando una baja eficiencia en la biodegradación. Mediante este tipo de análisis la
empresa logró determinar un equilibrio de agentes químicos y biológicos para el proceso de
coagulación-floculación permitiendo mejorar la remoción de agentes contaminantes.
Durante la visita realizada, se observó el tanque de lodos (anexo 3), en donde quedaban
retenidas las Grasas y Aceites, y los sólidos, producto del pretratamiento, indicando eficiencia en
la remoción de estos compuestos ya que los valores de los parámetros (tabla 2) son de máximo
47,2 mg de grasas y aceites, y 8,6 mg de Sólidos Sedimentables presentes por cada litro; en el
caso de los Sólidos Suspendidos Totales, al ser insolubles no son removibles fácilmente, aunque
de igual manera no se encuentran en grandes cantidades ya que como máximo hay 720,2 mg
43 presentes en cada litro en el mes de mayo, comprobando lo dicho anteriormente de que en el mes
de mayo la proporción de agentes químicos fue superior que en el mes de junio (donde este valor
disminuyó a 320 mg/L), indicando favorecimiento con el incremento de agentes biológicos,
como se observa en la figura 6. Además, se evidencia que los SSED y las Grasas y Aceites no se
ven muy afectados por la variación en los agentes coagulantes y floculantes, ya que su
comportamiento no presenta picos notorios durante los 12 meses.
Figura 6. Gráfico de líneas de DBO y DQO durante los últimos 12 meses
Gráfico de líneas de SST, SSED y, Grasas y Aceites durante los últimos 12 meses
Nota: Elaborado a partir de datos proporcionados por la empresa Del Llano S.A.
1,0
51,0
101,0
151,0
201,0
251,0
301,0
351,0
401,0
451,0
501,0
551,0
601,0
651,0
701,0
751,0
801,0
Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar
Sólidos Suspendidos Totales (SST) mg/L Sólidos Sedimentables (SSED) mg/L
Grasas y Aceites mg/L
44 Requerimientos técnicos de agua para uso en calderas
La empresa Del Llano S.A. requiere que en sus calderas sea usada agua que cumpla con
las siguientes especificaciones:
Figura 7. Parámetros requeridos del agua para alimentación en calderas
Parámetros requeridos del agua para alimentación en calderas
Nota: Datos proporcionados por la empresa Del Llano S.A.
Aunque la PTAR de la empresa ha presentado mejoras, los valores de los parámetros de
las aguas tratadas (presentados en la tabla 2) no se ajustan a los requerimientos (figura 7) para ser
usadas en la caldera, ya que, en los parámetros los valores son superiores a los de los
requerimientos. En el caso de la DQO, se necesita de 1712,5 mg de O2 para la degradación
química de la carga presente por cada litro y la de la DBO son necesarios 984,2 mg de O2 para la
degradación biológica de la carga presente por cada litro, mientras que en los requerimientos se
establecen valores de máximo 9 mg de O2 para degradación química y biológica. En el caso de
los SST, SSED y las grasas y aceites, deben ser de aproximadamente cero, ya que el agua de
calderas debe ser cristalina, libre de sólidos.
Identificar a partir de referentes bibliográficos las características y propiedades del carbón
activado como material filtrante que cumpla los requisitos del agua a suministrar a la
caldera.
Para el desarrollo de este objetivo se consultaron 5 artículos científicos en revistas
indexadas, de categoría B y C, con los que se logró construir la siguiente tabla:
Tabla 3. Referentes bibliográficos de carbón activado de cuesco de palma
Referentes bibliográficos de carbón activado de cuesco de palma
Autor(es) Granulometría Activación Capacidad de adsorción
Vidal
(2018)
Con mesoporos
(2 a 50 nm)
Activación química con
MgCl2 y CaCl2 al 3, 5 y
7%
Efectividad de remoción de sólidos
suspendidos (tamaño mínimo de
45000 nm) y sedimentables
(tamaño mínimo de 10000 nm),
olor, grasas y aceites, color y otros
compuestos de alto peso molecular.
Adilla y
Yuzup
(2017)
Área superficial
de 1213 m2/g
con microporos
(< 2 nm).
Carbonización por
pirólisis (800°C) en
atmósfera inerte y
activación bajo gas
oxidante (CO2)
Efectividad de remoción de metano
(CH4), lo que indica que podría
disminuir la DBO y DQO, además,
por su área superficial es capaz de
adsorber compuestos de alto peso
molecular.
Diaz et al.
(2017)
En polvo (< 0,25
mm) y granulado
(> 0,25 mm) con
microporos (< 2
nm)
Impregnado al 60% de
agente activante H3PO4,
con tiempo de
activación de 120
minutos
Efectividad de remoción de hierro
férrico (Fe+3) que es retenido en
microporos, que se encuentran en
carbón activo tanto en polvo como
granular ya que con todas las
granulometrías se logró retención,
aunque por su retención del 100%
se estima que el carbón en polvo
46 Autor(es) Granulometría Activación Capacidad de adsorción
posee mayor cantidad de
microporos que, así como eliminan
este Fe+3 podría eliminar otras
impurezas orgánicas, lo que a su
vez disminuiría la DBO y DQO.
Ramirez
et al.
(2016)
Área superficial
de 575,13 m2/g
Activación química con
ZnCl2
Efectividad de remoción de Azul de
Metileno, como un aspecto
importante que indica remoción de
color, así como de otros
compuestos de alto peso molecular
como grasas y aceites.
Acevedo
(2015)
Área superficial
entre entre 453 y
501 m2/g
Activados físicamente a
800°C, impregnados
con solución acuosa al
3% p/v de MgCl2 y
CaCl2
Efectividad de remoción de olor,
color, grasas y aceites, entre otros
compuestos de alto peso molecular
debido a su área superficial
Nota: Elaborado por autores.
Por medio de la tabla 3 se puede concluir que, en general, el carbón activado de cuesco
de palma posee un área superficial superior a 453 m2/g, y que, esto le confiere gran capacidad de
adsorción. La influencia del tipo de activación incide en el tamaño de los poros; por activación
química se logran áreas superficiales superiores a 575,13 m2/g, y física de 453 m2/g, con las que
se retienen compuestos de alto peso molecular, lo que lograría disminuir los valores de sólidos y
grasas y aceites. Sin embargo, por efectividad y fácil acceso a materiales, al realizar activación
física (800°C) y química (impregnado al 60% de H3PO4 por 120 minutos), se lograría además de
la disminución de los parámetros mencionados, la disminución de DBO y DQO.
47 Establecer el tipo de filtro adecuado para contener un lecho de carbón activado como
material filtrante.
Para el desarrollo de este objetivo se consultaron 6 artículos científicos en revistas
indexadas, de categoría C, con los que se logró construir la siguiente tabla:
Tabla 4. Referentes bibliográficos de tipos de filtro
Referentes bibliográficos de tipos de filtro
Autor(es) Tipo de filtro Forma de
Carbón Aporte
Garavito
et al.
(2020)
El sistema estuvo compuesto por tanques de
material anticorrosivo, ya que el material se
disuelve en el agua y este actúa por
flotación, con un Tiempo de Retención
Hidráulica (TRH) de 10 días
Sistema abierto que
permite la aireación
del carbón. Eficaz
en la remoción,
pero no en el
rendimiento.
Huamán
et al.
(2019)
Reactor vertical con dos capas de material
filtrante, con orificios de ventilación en
medio de ellas, y una tubería que distribuye
el caudal de ingreso del agua, con un
sistema clarificador en la parte inferior, en la
que cae por gravedad el agua, que pasa a
una tubería de salida. Funciona por bombeo
periódico.
Activo
Granular
Sistema cerrado
con orificios de
ventilación,
efectivo para
disminución de los
parámetros de la
DBO, DQO,
sólidos y, aceites y
grasas.
Barrera
et al.
(2018)
Se utilizó un filtro percolador en acero
inoxidable, con una cama de lecho filtrante
granular, en el medio, donde se rocía agua
por tuberías, del mismo material, que rotan
Activo
granular
Tecnología efectiva
para la remoción de
sólidos, DBO y
DQO. Permite la
48
Nota: Elaborado por autores.
sobre el material filtrante, y con una válvula
de salida de agua por la parte inferior.
Funciona por bombeo periódico.
aireación al ser un
sistema abierto.
Romero
et al.
(2017)
Se utilizó un filtro percolador en PVC, con
una cama de lecho filtrante granular, en el
medio, donde se rocía agua por tuberías, del
mismo material, que rotan sobre el material
filtrante, y con una válvula de salida del
agua por la parte inferior. Funciona por
bombeo periódico.
Activo
Granular
Sistema abierto que
permite la aireación
del carbón, efectivo
en la disminución
de la carga
orgánica medible
por DQO.
Elías et
al. (2017)
La elaboración del filtro de agua se llevó a
cabo en un tubo de PVC hidráulico de 1" de
diámetro. Se realizaron dos diseños. En el
primero se colocó la capa de papel filtro, y
2.5 gr de algodón absorbente, en seguida se
puso 1 gr de CA granular y 1gr del mismo
material carbonoso pulverizado, por último,
se agregó 30 ml de volumen aparente de
piedras. El segundo filtro tuvo la misma
configuración, pero sin CA. Se presentó
mayor eficiencia con el primer filtro que
combinó carbón activo granular y en polvo.
Activo
Granular y en
Polvo
Sistema cerrado
con CA granular y
en polvo, efectivo
en la remoción de
DQO.
Gerardo
et al.
(2016)
Se diseñó un reservorio de PVC de 1.5", con
filtro de carbón activado en polvo, en el
fondo, y una tubería de salida en la parte
inferior, para el paso total de los efluentes.
Funciona por bombeo periódico.
Activo en
Polvo
Sistema cerrado
efectivo en la
remoción de agua
potable con cloro
residual.
49 Por medio de la tabla 4 se puede concluir que los diferentes tipos de diseño son efectivos
ya que eso depende de la capacidad de adsorción del carbón, que como se analizó en el anterior
objetivo, es adecuado para disminuir los parámetros en general, por su gran área superficial y el
tamaño de sus poros.
Los aspectos importantes, en la elección de un filtro, radican en el tiempo de contacto, la
forma del carbón, el material utilizado y la flexibilidad en el diseño. Todos los autores tienen en
común la aireación, para evitar la corrosión por parte del carbón, y es por esto que se usan
materiales anticorrosivos como el Policloruro de Vinilo (PVC) y el acero inoxidable. En el caso
del tiempo de contacto, filtros que funcionan por flotación no son adecuados porque, según los
autores Garavito et al. (2020), este tipo de filtro cumple con su función, pero el Tiempo de
Retención Hidráulica (TRH) es de 10 días; por el contrario, los demás diseños son efectivos y
manejan un bombeo periódico que con un TRH equivalente a lo que tarda en pasar el agua a
través del material filtrante. En cuanto al diseño, la PTAR de la empresa tiene una tubería de
salida de 1 pulgada de diámetro, de material PVC (ver anexo 3), por lo que se podría
implementar un diseño que se ajuste a esta; este es el caso del diseño de los autores Elías et al.
(2017), que usan carbón activo granular y en polvo para mayor efectividad y, el reactor vertical
de los autores Huamán et al. (2019). Todo depende de los fondos que la empresa está dispuesta a
invertir en esto, ya que hay opciones de filtros sencillos que se implementan directamente en la
tubería, y diseños de reactores y percoladores más industrializados.
50
Conclusiones
En el primer objetivo se logró determinar que el agua saliente de la PTAR,
actualmente no cumple con los requerimientos de los parámetros para ser usada en la
caldera, por lo que, es necesario que la empresa Del Llano S.A. implemente tecnologías
adicionales para optimizar el tratamiento de las aguas residuales del proceso de
refinamiento.
Dando cumplimiento al segundo objetivo se estableció que el carbón activado en
general tiene potencial para remover los parámetros de DBO, DQO, SST, SSED y Grasas y
Aceites. Por su parte, los 5 artículos analizados evidenciaron que es viable aprovechar el
cuesco de la palma de aceite para la elaboración de este, y se concluyó que el método de
activación ideal es una combinación de activación física a 800°C (pirolisis) y química
mediante el agente activante impregnado al 60% de H3PO4 por 120 minutos, ya que es más
sencillo trabajar con reactivos que con gases como el CO2 que requieren atmósfera inerte
(libre de gases contaminantes presentes en el aire).
Culminado el tercer objetivo del diseño del filtro, se analizaron propuestas de filtros
de tubería, y tecnologías industrializadas como reactores o percoladores.
51
Recomendaciones
Es importante evaluar la viabilidad del uso de los filtros de carbón como tecnología
complementaria, ya que existen múltiples diseños que podrían brindar solución a la
necesidad de la empresa, sin embargo, depende en gran parte de los costos y beneficios que
pueda generarle cada una de éstas.
Se recomienda que, sin importar el tipo de filtro elegido, se haga cambio del
material filtrante cada año, sin esperar a exceder su vida útil que es de aproximadamente 2
años.
Es importante manejar sistemas de filtración que permitan la aireación para evitar
problemas de corrosión por mantener húmedo el carbón activado.
52
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58
59
Anexos
Anexo 1. Formato de entrevista para la empresa
Formato de entrevista para la empresa
Nota: Elaborado por autores
60
Anexo 2. Parámetros del agua saliente de la PTAR
Parámetros del agua saliente de la PTAR
Nota: Datos proporcionados por la empresa
61
Anexo 3. Evidencia fotográfica de visita a la empresa
Visita a la empresa, evidencia fotográfica.
Nota: Tomada por autores
Nota: Tanque de lodo. Tomada por autores.
62
Continuación de Anexo 3.
Nota: Tubo de salida del agua pretratada. Tomada por autores.
Nota: Caldera. Tomada por autores.
Anexo 4. Matriz de revisión bibliográfica de carbón activado
Matriz de revisión bibliográfica de carbón activado
64 Continuación Anexo 4.
Nota: Elaborada por autores.
65 Anexo 5. Matriz de revisión bibliográfica de tipos de filtros para aguas residuales
Matriz de revisión bibliográfica de tipos de filtros para aguas residuales.
66 Continuación anexo 5.
Nota: Elaborada por autores.